Опубликовано: Март 8, 2008

Мероприятия по защите от прогрессирующего обрушения

6.1.1.Высотные здания должны быть защищены от прогрессирующегообрушения в случае локального разрушения несущих конструкций в результате возникновения аварийных чрезвычайных ситуаций (ЧС).

К последним относятся:

Природные ЧС –опасные метеорологические явления, образование карстовых воронок и провалов в основаниях зданий;

Антропогенные (в том числе техногенные) ЧС – взрывы снаружи или внутри здания, пожары, аварии или значительные повреждения несущих конструкций вследствие дефектов в материалах,некачественного производства работ и др.

6.1.2. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения должна проверяться расчетом иобеспечиваться конструктивными мерами, способствующими развитию в несущих конструкциях и их узлах пластических деформаций при предельных нагрузках(Рекомендации по защите жилыхзданий стеновых конструктивных систем при чрезвычайных ситуациях. М., 2000. Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях. М., 2002).

6.1.3. Расчетустойчивости здания необходимо производить на особое сочетание нагрузок, включающее постоянные и длительные нагрузкипри следующих возможныхсхемах локальных разрушений:

Разрушение(удаление)двухпересекающихсястенодного(любого)этажанаучасткахотихпересечения(вчастности,отуглаздания)доближайшихпроемоввкаждойстенеилидоследующегопересечениясдругойстенойдлинойнеболее 10м,чтосоответствуетповреждениюконструкцийвкругеплощадьюдо80м 2 (площадь локального разрушения);

Разрушение(удаление)колонн(пилонов)либоколонн(пилонов)спримыкающимикнимучасткамистен,расположенных на одном (любом) этажена площадилокального разрушения;

Обрушениеучасткаперекрытияодногоэтажа наплощади локального разрушения.

Дляоценкиустойчивостизданияпротивпрогрессирующегообрушениядопускаетсярассматриватьлишьнаиболееопасныесхемылокальногоразрушения.

6.1.4.Проверка устойчивости зданияпротив прогрессирующего обрушения включает расчет несущих конструкций в местах локальныхразрушений по предельным состояниямпервой группы с расчетными сопротивлениями материалов (бетона и арматуры), равными нормативнымзначениям.

При этом величина деформацийи ширина раскрытия трещин в конструкциях не регламентируются.

6.1.5. Постоянные и временныедлительныенагрузки при расчете устойчивости здания против прогрессирующего обрушения следует принимать по табл.5.1 настоящих норм.При этомкоэффициенты сочетаний нагрузок и коэффициенты надежности по нагрузкампринимаютсяравными единице.

6.1.6.Для расчета зданий против прогрессирующего обрушенияследует использовать пространственную расчетную модель, которая может учитывать элементы,являющиеся при обычных эксплуатационных условиях ненесущими, а при наличии локальных воздействий активно участвуют в перераспределении нагрузки.

Расчетная модель здания должнаотражать все схемылокальных разрушений,указанныхвп. 6.1.3.

6.1.7.Основное средство защиты зданий от прогрессирующего обрушения – резервирование прочности несущих элементов, обеспечение несущей способности колонн, ригелей, диафрагм, дисков перекрытий и стыков конструкций; созданиенеразрезности и непрерывностиармированияперекрытий,повышение пластическихсвойств связей между конструкциями, включение в работу пространственной системы ненесущих элементов.

Эффективнаяработасвязей,препятствующихпрогрессирующемуобрушению,возможнаприобеспеченииихпластичностивпредельномсостоянии,чтобыпослеисчерпаниянесущейспособностисвязьневыключаласьизработыидопускалабезразрушениянеобходимыедеформации.Длявыполненияэтоготребованиясвязидолжныпредусматриватьсяизпластичнойлистовойилиарматурнойстали,апрочностьанкеровкисвязейдолжнабытьбольшеусилий,вызывающихихтекучесть.

6.1.8. В высотных зданиях следует отдавать предпочтение монолитным и сборно-монолитным перекрытиям, которые должны быть надежно соединены с вертикальными несущими конструкциями зданиясвязями.

Связи, соединяющиеперекрытия с колоннами, ригелями, диафрагмами и стенами, должны удерживать перекрытие от падения (в случае его разрушения) на нижележащий этаж.Связи должны рассчитываться на нормативный вес половины пролетаперекрытия с расположенным на нем полом и другими конструктивными элементами.

От: zina,  

Введение

Утрата отдельными несущими элементами каркаса своих прочностных свойств может повлечь за собой последовательное включение в зону обрушения все большего числа несущих конструкций - возникнет эффект «домино». Прогрессирующее или лавинообразное обрушение - это обрушение конструкций здания (или его части высотой два и более этажей), потерявших опору в результате локального разрушения какого-либо этажа . Родственным термином является живучесть - способность технического устройства, сооружения, средства или системы выполнять свои основные функции, несмотря на полученные повреждения, либо адаптируясь к новым условиям. В современном мире риск лавинообразного разрушения значителен, поэтому есть необходимость в точных расчетных алгоритмах, новых надежных и экономически целесообразных методах конструктивного усиления несущего каркаса здания, четкой законодательной регламентации проектирования и расчета с учетом возможных запредельных воздействий.

Цель работы

Целью работы является обзор современных Российских и зарубежных публикаций, относящихся к тематике расчета на прогрессирующее обрушение в линейной и нелинейной постановке задачи, анализ российского законодательства, касающегося живучести несущих конструкций; выявление наиболее вероятных причин возникновения прогрессирующего обрушения зданий.

Причины возникновения прогрессирующего обрушения

При разработке конструктивных решений нужно учитывать не только стандартные условия работы конструкции, но и возможные аварийные ситуации. Прогрессирующее обрушение может возникнуть в результате чрезвычайных ситуаций, или техногенных воздействий, подразделяющихся на силовые, деформационные и коррозионные.

Возможными техногенными причинами локальных повреждений могут являться:

• размыв грунтового основания в результате аварий на внутренних или наружных водоотводах;
• подтопление территорий природными водами;
• разрушение части элементов конструкций от воздействия взрывов, ударов или местной перегрузки вследствие нарушения правил эксплуатации;
• разрушение отдельных конструкций в результате существенного снижения прочности материалов, дефектов при строительстве и действия коррозии.

Примером может служить обрушение 9-этажного крупнопанельного дома 6 марта 1982 года в Волгодонске. Причиной полного обрушения крупнопанельного жилого дома явилось некачественная заделка раствором на замораживание горизонтальной штробы, образовавшейся в связи с заменой цокольной панели. В момент оттаивания раствора произошла потеря устойчивости стеновой панели, в результате чего обрушились все 9 этажей крупнопанельного здания.

• ошибки, допущенные на стадии проектирования (например, 24-тонный козырек станции метро Сенная площадь обрушился 10 июня 1999 года по причине неправильно запроектированного крепления).

На всех стадиях жизненного цикла сооружения (изыскания, проект, строительство, эксплуатация, демонтаж) допускаются ошибки, способные привести к прогрессирующему обрушению.

Аварийными ситуациями, способными вызвать лавинообразное обрушение здания являются:

• пожар,
• столкновение со зданием автотранспорта или летящих объектов,
• взрыв газа.

Помимо этого, не может быть полностью исключен риск обрушения по причине разнородности прочностных и прочих технических свойств строительных материалов, неопределенности требований к системе, невозможности идеального моделирования системы даже с использованием всех возможностей современных программных комплексов . Наиболее распространенными формами разрушения металлических конструкций являются потеря устойчивости и хрупкое разрушение, происходящее по причине неконтролируемого развития микротрещин материала. Прогрессирующее обрушение всей конструкции моста может начаться с одной микротрещины в металле несущих конструкций, а значит, необходимо и изучение прочностных свойств материалов с точки зрения теории надежности.

История изучения прогрессирующего обрушения

Отправной точкой исследования прогрессирующего обрушения можно считать шестнадцатое мая 1968 года: в Лондоне по причине взрыва бытового газа был полностью разрушен двадцатидвухэтажный дом Ронан Пойнт (Ronan Point), см. рисунок 1. Жертвами аварии стали 22 человека. Частичное обрушение Ронан Пойнт привело к серьезным изменениям в законодательстве: первым из них стала вышедшая в 1970 году пятая поправка к строительным нормам (в части А) Великобритании, касающаяся непропорционального разрушения (disproportional collapse). Поправка содержала требования, согласно которым здание не должно подвергаться разрушению, несоразмерному аварии, иными словами - требовала не допускать прогрессирующего обрушения зданий.

Рисунок 1. Разрушение дома Ронан Пойнт (Ronan Point)

Наиболее известным случаем прогрессирующего обрушения конструкций является разрушение всемирного торгового центра в Нью-Йорке, произошедшее одиннадцатого сентября 2011 года в результате террористической атаки. Разрушение ВТЦ повлекло за собой катастрофические последствия: жертвами стали 2751 человек. Преднамеренное столкновение с Boeing 767-222 было не первым террористическим актом, произошедшим в ВТЦ: двадцать шестого февраля 1993 года на подземной парковке Северной башни был осуществлен взрыв автомобиля, нагруженного 680 кг взрывчатки, жертвами стали более тысячи человек: шестеро погибли, более тысячи были ранены. Благодаря высокой прочности каркаса здания, разрушения несущих конструкций в 1993 году не произошло.

Проблема прогрессирующего обрушения не обошла и Россию. В современной России наиболее распространенной причиной аварий, способных повлечь за собой прогрессирующее обрушение является взрыв бытового газа, произошедший по неосторожности пользователей. Уже в 2013 году газификация России составила 65,3 %, а значит, для большинства жилых домов риск прогрессирующего обрушения существенен.

Примерами подобных аварий могут служить:

• 13 октября 2007 года в результате аварии на улице Мандрыковская, 127 в Днепропетровске - жилья лишились 417 человек;
• 27 февраля 2012 года в Астрахани обрушилась центральная часть девятиэтажного дома;
• 20 декабря 2015 года улица Космонавтов, 47 в Дзержинском районе Волгограда - следствием взрыва стало обрушение всего подъезда девятиэтажного дома.

В 2016 году произошло уже более пяти крупных аварий, связанных со взрывом бытового газа.

Крупнейшими авариями в России были:

• полное уничтожение двух центральных подъездов в доме по ул. Гурьянова (Москва, 1999 г.);
• взрыв бытового газа повлек за собой полное разрушение семнадцатиэтажной части дома на улице Двинской (Санкт-Петербург, 2 июля 2002 года);
• обрушение покрытия аквапарка «Транвааль-парк» (Москве, 2004г.).

Жертвами подобных катастроф стали тысячи людей, а ведь этих трагедий можно было бы избежать.

Обзор российской нормативной документации, касающейся расчета на прогрессирующее обрушение

Очевидно, что учет возможной аварийной ситуации повлечет за собой существенное удорожание проектирования и строительства , поэтому лишь немногие застройщики идут на него добровольно. Следовательно, требуется четкая нормативная документация, строго регламентирующая необходимость и состав расчета. Большая часть современных зарубежных нормативов ориентирована не на предотвращение существенных разрушений, а на обеспечение безопасности людей и возможности их своевременной эвакуации.

К сожалению, в настоящее время такой документации в России практически нет. Только строгие рекомендации по составу и алгоритму расчета могут предотвратить катастрофические последствия возможных аварийных ситуаций. Существенным пробелом российского законодательства в сфере строительства является отсутствие четких нормативных документов, регламентирующих проектирование зданий с учетом сопротивления прогрессирующему обрушению и устанавливающих требования к расчету несущего каркаса здания. Документом наивысшей юридической силы в области обеспечения живучести строительных конструкций является Федеральный закон №384-ФЗ. В статье 16.6 утверждается необходимость расчета для зданий и сооружений повышенного уровня ответственности, к которым в соответствие с Градостроительным кодексом относят технически сложные, особо опасные и уникальные объекты. Перечень зданий, подлежащих расчету наиболее полно указан в ГОСТ 27751-2014. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения (пункт 5.2.6) расчет требуется производить для зданий класса КС-3 и КС-2 при условии большого скопления людей, перечень которых указан в приложении Б. Таким образом, с 1 июля 2015 расчет требуется для большинства общественных и жилых зданий.

Хотя учет прогрессирующего обрушения требуется для все большего числа зданий, по-прежнему нет четкого алгоритма расчета, конкретных рекомендаций по выбору зоны аварий. Аналогично, вопросы возникают по выбору необходимого количества разрушаемых несущих элементов. Все эти вопросы освещены в широком круге рекомендаций по проектированию, выпущенных МНИИТЭП и НИИЖБ в 2000-ых годах , стандартов организаций , однако ни один из этих документов не имеет законодательной силы.

Наиболее существенный пробел существует в области расчетов стальных каркасов для обеспечения их живучести. Существующая документация (МДС 20-2.2008; СТО 36554501-024-2010) относятся только к большепролетным сооружениям.

В нормативной документации утверждается необходимость проведения оценки живучести несущего каркаса для всех железобетонных монолитных зданий (п. 6.2.1. СП 52-103-2007), но не приводится никаких методологических указаний, помимо рекомендации выполнять расчет методом конечных элементов с использованием сертифицированных в России программных комплексов (п. 6.3.7.). Во многих программных комплексах есть встроенный модуль расчета на прогрессирующее обрушение, однако, результаты расчета пока не подтверждены и требуют дополнительного экспериментального обоснования. Разработчики программных комплексов SCAD и Лира предлагают свои методики расчёта (см. рисунок 2), однако, достоверность получаемых результатов пока не подтверждена и требует проведения исследований в этом направлении.

Рисунок 2. Отображение результатов расчета при использовании модуля «Прогрессирующее обрушение» ПК SCAD

• крупнопанельные здания ;
• жилые здания каркасного типа ;
• жилые здания с несущими кирпичными стенами ;
• монолитные жилые здания ;
• высотные здания ;
• большепролетные сооружения .

Данные рекомендации схожи в части алгоритма расчета строительных конструкций, существенные различия появляются лишь в части рекомендаций по мероприятиям конструктивного усиления каркаса, что связано с существенными различиями работы каркаса из каменных и металлических материалов. Согласно всем современным нормативным актам требуется лишь расчет по первой группе предельных состояний, определение максимальных перемещений и прогибов не требуется. Подбор наиболее опасного с точки зрения разрушения элемента осуществляется путем анализа конструктивной схемы и результатов расчета для нескольких вариантов аварийной ситуации. В нормативной документации нет указаний, касающихся необходимости учета нелинейной работы конструкций, что может оказать сильное влияние на корректность результатов расчета, поскольку при прогрессирующем разрушении элементы конструкции зачастую имеют существенные по модулю перемещения, способные повлечь за собой значительные изменения в работе конструкций. Таким образом, можно утверждать, что сейчас в России идет активная работа по разработке нормативно-правовой базы для расчетов на прогрессирующее обрушение, постоянно расширяется круг зданий и сооружений, требующих учета возможной аварии, помимо этого, строится все больше высотных зданий, для которых учет вероятности лавинообразного обрушения особенно важен. А значит, можно утверждать, что, для достижения точных результатов, алгоритм расчета и программные средства будут постоянно совершенствоваться. Актуальность изучения прогрессирующего обрушения подтверждает и широкое внимание современных ученых к вопросам обеспечения прочности и живучести строительных конструкций в условиях запредельных воздействий, работой инженерных конструкций в упруго-пластической стадии.

Сейчас в России и странах СНГ этим вопросом занимаются проектные институты такие как: МНИИТЭП, НИИБЖ, НИИСК. Результатом многолетней работы институтов МНИИТЭП и НИИБЖ являются выпущенные в 2000-ых годах рекомендации по защите различных типов зданий от лавинообразного обрушения . Специалисты НИИСК разработали ДБН В.2.2-24.2009 «Проектирование высотных и гражданских зданий», содержащие методику расчета высотного здания на прогрессирующее обрушение, на Украине методика носит рекомендательный характер.

Обзор работ современных ученых, занимающихся вопросом прогрессирующего обрушения

Многие авторы занимались изучением российской и зарубежной законодательной базы. Обзоры можно найти у В.Ю. Грачева, Т.А. Вершининой, А.А. Пузаткина ; Ж.С. Джумагуловой и А.К. Стамалиева , А.В. Перельмутера, и в . Ученые утверждают, что требуется дальнейшая работа над нормативной базой: ее уточнение и расширение.

Помимо научно-исследовательских институтов, огромный вклад в развитие исследования проблемы прогрессирующего обрушения внесли и отдельные ученые. В.О. Алмазов разработал классификацию видов прогрессирующего обрушения, дал рекомендации по алгоритму расчета, предложил экономически выгодные варианты конструктивного усиления зданий; ученый исследовал динамический эффект прогрессирующего обрушения на примере многоэтажных железобетонных каркасов при удалении одной из несущих колонн первого этажа. Он предложил методику вычисления коэффициента динамичности в зависимости от этажности каркаса, что позволяет решать задачу в статической постановке .

Не менее остро, чем вопрос о законодательном регулировании расчета и проектирования, стоит вопрос об общепринятом подходе к обеспечению прочности каркаса зданий при запредельных воздействиях. Невозможно точно спрогнозировать место приложения и величину экстремальной нагрузки, аналогично непредсказуемы дефекты монтажа и изготовления строительных конструкций, отклонения в свойствах материалов - все это не только осложняет моделирование, но и делает абсолютно точный расчет невозможным. В связи с этим множество авторов занимается вопросами конструктивных решений, способствующих сохранению структурной целостности здания, прогнозирования наиболее вероятных аварийных ситуаций и их последствий .

Компьютерный расчет модели на лавинообразное разрушение осложнен невозможностью использования метода конечных элементов ввиду отсутствия точных данных о поведении конструкции при прогрессирующем обрушении и достаточного опыта построения структурных комплексных моделей и интерпретации результатов вычислений. Необходимы разработки по развитию усовершенствованной методики оценки уязвимости конструктивных систем и их совершенствования для смягчения прогрессирующего обрушения при различных вариантах опасности. Инженеры нуждаются в методах проектирования и расчетов, способных предотвратить потенциальную опасность прогрессирующего обрушения зданий . Разработка таких методов активно ведется многими учеными .

При аварийных ситуациях материалы работают вне стадии упругих деформаций, необходим и учет значительных перемещений, возникающих в несущих конструкциях. Значительные по модулю деформации способны повлечь за собой перераспределение нагрузок, а значит, изменение всей расчетной схемы. Таким образом, при расчете на прогрессирующее обрушение требуется учет геометрической и физической нелинейностей работы несущего каркаса здания. В этой сфере ведется работа . Постоянное совершенствование компьютерной техники позволяет строить все более детализированные модели сооружений и способствует все более широкому распространению решения задач в нелинейной постановке. Оценка корректности расчетных моделей, проверка результатов компьютерных расчетов, искусство интерпретации полученных результатов - одна из центральных проблем не только расчетов на прогрессирующее обрушение, но и всего строительства в целом. В работе над этими проблемами принимают участие и проектные и научно-исследовательские институты и разработчики современных расчетных программ, что способствует постоянному совершенствованию программных комплексов . Анализ возможностей метода конечных элементов, примеры расчета моделей зданий и новые вычислительные алгоритмы тоже находят отражение в работах российских и зарубежных ученых .

Заключение

В связи с постоянно растущим числом аварий, вызывающих непропорциональное разрушение зданий, существует необходимость в точных расчетных алгоритмах, новых надежных и экономически целесообразных методах конструктивного усиления несущего каркаса здания, четкой законодательной регламентации проектирования и расчета с учетом возможных запредельных воздействий.

В работе была приведена история возникновения и развития проблемы прогрессирующего обрушения зданий, был выполнен обзор современных Российских и зарубежных публикаций, относящихся к тематике расчета на прогрессирующее обрушение в линейной и нелинейной постановке задачи, анализ российского законодательства, касающегося живучести несущих конструкций. Также были проанализированы наиболее вероятные причины прогрессирующего обрушения зданий.

Список литературы:

1. Рекомендации по предотвращению прогрессирующих обрушений крупнопанельных зданий. М., 1999.
2. Рекомендации по защите жилых каркасных зданий при чрезвычайных ситуациях. М., 2002.
3. Рекомендации по защите жилых зданий с несущими кирпичными стенами при ЧС. М., 2002.
4. Рекомендации по защите монолитных жилых зданий от прогрессирующего обрушения. М., 2005.
5. Рекомендации по защите высотных зданий от прогрессирующего обрушения. М., 2006.
6. МДС 20-2.2008. Временные рекомендации по обеспечению безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного обрушения. / ФГУП «НИЦ «Строительство». М.: ОАО «ЦПП», 2008. 16 с.
7. СТО-008-02495342-2009. Предотвращение прогрессирующего обрушения монолитных конструкций зданий. М., 2009.
8. СТО-36554501-024-2010. Обеспечение безопасности большепролетных сооружений от лавинообразного (прогрессирующего) обрушения при аварийных воздействиях. М., 2010.
9. МГСН 3.01 01. Жилые здания. М., 2001.
10. Ю.А. Иващенко. Лавинообразное разрушение конструктивных систем// Строительство и архитектура. 2013. №14. С. 2–27.
11. Алмазов В.О. Сопротивление прогрессирующему разрушению: расчеты и конструктивные мероприятия // Вестник НИЦ Строительство. 2009. №1. С. 179–193.
12. Алмазов В.О. Сопротивление прогрессирующему обрушению – путь обеспечения безаварийности капитальных сооружений// Бетон и железобетон – взгляд в будущее научные труды III Всероссийской (II Международной) конференции по бетону и железобетону в семи томах. М.: Изд.-во Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2014. С. 13–24
13. Алмазов В.О. Проблемы прогрессирующего разрушения// Строительство и реконструкция. 2014. №6 (56). С. 3–10.
14. Алмазов В.О., Као Зуй Кхой. Динамика прогрессирующего разрушения монолитных многоэтажных каркасов. М.: АСВ, 2013. 128 с.
15. Алмазов В.О., Као Зуй Кхой. Динамика прогрессирующего разрушения монолитных многоэтажных каркасов// Промышленное и гражданское строительство. 2010. №4. С. 52–56.
16. Алмазов В.О., Плотников А.И., Расторгуев Б.С. Проблемы сопротивления зданий прогрессирующему разрушению// Вестник МГСУ. 2011. №2-1. С.16–20.
17. Алмазов В.О. Проектирование зданий с учетом аварийных воздействий// Вестник МГСУ. 2010. №1 S. С.151–159.
18. Алмазов В.О. Проблемы прогрессирующего обрушения строительных объектов// Агентство деловой информации СЛАВИЦА. 2008. №4(22). С.74–77.
19. Грачев В. Ю., Вершинина Т. А., Пузаткин А. А. Непропорциональное разрушение. Сравнение методов расчета. Екатеринбург: Ажур, 2010, 81 С.
20. Райзер В.Д. Теория надежности в строительном проектировании. М.: АСВ, 1998.
21. Руденко Д.В., Руденко В.В. Защита каркасных зданий от прогрессирующего обрушения// Инженерно-строительный журнал. 2009. №4. С. 38–41.
22. Джумагулова Ж.С., Стамалиев А.К. Анализ состояния проблемы и определение основных задач при расчете многоэтажного каркасного здания на прогрессирующее разрушение// Вестник КГУСТА. 2014. №46. С.163–167.
23. Ройтман В.М. Нормирование защиты высотных зданий от прогрессирующего разрушения при комбинированных особых воздействиях// Современное промышленное и гражданское строительство. 2008. Т. 4.№1. С.11–19.
24. Плетнев В.И. О проектировании зданий повышенной этажности, стойких к прогрессирующему разрушению// Вестник гражданских инженеров. 2012. №1. С.115–116.
25. Дьяков И.М. Живучесть фундаментов и ее роль в прогрессирующем разрушении зданий и сооружений// Строительство и техногенная безопасность. 2013. №46. С. 68–76.
26. Домарова Е.В. Расчетно-конструктивные методы защиты от прогрессирующего разрушения железобетонных монолитных каркасных зданий// Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015.№10. С. 123–130.
27. Genady P., Ivan E. Two versions of WTC collapse// Проблемы машиностроения и автоматизации. – 2007. №1. Pp. 76–78.
28. Готина Д.Н., Ткаченко Ю.Г. проблема прогрессирующего обрушения многоэтажных зданий// Новые идеи нового века: материалы международной научной конференции ФАД ТОГУ. Хабаровск: Изд-во Тихоокеанский государственный университет, 2012. Т. 2. С. 171–177.
29. Травуш В.И., Колчунов В.И., Клюева Н.В. Некоторые направления развития теории живучести конструктивных систем зданий и сооружений// Промышленное и гражданское строительство. 2015. №3. С. 4–11.
30. Джумагулова Ж.С., Стамалиев А.К. Оценка несущей способности многоэтажных зданий при прогрессирующем обрушении// Вестник КГУСТА. 2013. №1. С. 49–51.
31. Казаков В.Ю., Соколов И.В., Кравченко И.Н., Ивановский В.С. Определение взрывоустойчивости зданий при действии обычных средств поражения// Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №10-2. С. 10–16.
32. Сурягин А.Е. Осистеме коэффициентов ответственности элемента за переход здания в предельное состояние// Наука и безопасность. 2011. №2(12). С. 78–81.
33. Ерёмин К.И., Матвеюшкин С.А., Арутюнян Г.А. Методика экспериментальных исследований блоков покрытий промышленных зданий при аварийных воздействиях// Вестник МГСУ. 2015.№ 12. С. 34–46.
34. Liu J.L. Preventing progressive collapse through strengthening beam-to-column connection, part 2: finite element analysis// Journal of constructional steel research. 2010. №2. Pp. 238–247.
35. Bao Y., Kunnath S.K. Simplified progressive collapse simulation of RC frame-wall structures// Engineering structures (incorporating structural engineering review). 2010. №10. Pp. 3153–3162.
36. Post Madine M. Experts support renaming progressive collapse//ENR. 2004. №15. P.14.
37. Домарова Е.В. Оценка устойчивости к прогрессирующему разрушению монолитных железобетонных каркасных зданий с отдельными усиленными этажами// Вестник МГСУ. 2014. №2. С. 22–29.
38. Кравченко Г.М., Труфанова Е.В., Цуриков С.Г., Лукьянов В.И. Расчет железобетонного каркаса здания с учетом аварийного воздействия во временной области// Инженерный вестник Дона. – 2015. Т. 35. №2-1. С.44.
39. Сурягин А.Е. О системе коэффициентов ответственности элемента за переход здания в предельное состояние// Наука и безопасность. 2011. №2(12). С. 78–81.
40. Hoang Tong Khuyen, Eiji Iwasaki. An approximate method of dynamic amplification factor for alternate load path in redundancy and progressive collapse linear static analysis for steel truss bridges// Case Studies in Structural Engineering. 2016. №6. Pp. 53–62
41. Fu F. 3-d nonlinear dynamic progressive collapse analysis of multi-storey steel composite frame buildings - parametric study// Engineering structures (incorporating structural engineering review). 2010. №12. Pp. 3974–3980.
42. Scott M.H., Fenves G.L. Krylov subspace accelerated newton algorithm: application to dynamic progressive collapse simulation of frames// Journal of Structural Engineering. 2010. №5. Pp. 473–480.
43. Аветисян Л.А., Тамразян А.Г. Влияние динамического эффекта на несущую способность железобетонных колонн, работающих в условиях огневых воздействий// Вестник МГСУ. 2013. №10. С. 14–23.
44. Тамразян А.Г., Мехрализадех А. Особенности влияния времени локального повреждения при расчете зданий на прогрессирующее обрушение// Вестник гражданских инженеров. 2013. №6 (41). С. 42–46.
45. Ватин Н.И., Синельник А.С. Большепролетные надземные пешеходные переходы из легкого холодногнутого стального профиля// Строительство уникальных зданий и сооружений. 2012. №1. С. 47–53.
46. Блохина Н.С. Проблема учета физической нелинейности при расчете строительных конструкций // Вестник МГСУ. 2011. №6. С. 384–387.
47. Агапов В.П., Васильев Е.В. Суперэлемент колонны прямоугольного поперечного сечения с геометрической нелинейностью// Вестник МГСУ. 2013. №6. С. 50–56.
48. Мищеко А.В., Немировский Ю.В. Нелинейное деформирование бетонных элементов при продольно-поперечном изгибе// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. №4 (652). С. 3–12.
49. Карпенко Н.И., Карпеноко С.Н., Травуш В.И. О методах расчета высотных зданий и сооружений из монолитного железобетона на основе послойной детализации// Современное промышленное и гражданское строительство. 2011. №3. С. 149–163.
50. Пинус Б.И., Безделев В.В., Гребенюк Г.И., Созонов П.С. Моделирование физической нелинеиности стального стержня при одноосном нагружении с учетом истории деформирования// Известия высших учебных заведений. Строительство. 2013. №5 (653). С. 122–128
51. Муницын А.И., Крайнова Л.Н., Сабоннев Н.А. Пространственные нелинейные колебания стержня с двумя жесткими заделками // Вестник ивановского государственного энергетического университета. 2010. №2. С. 63–65.
52. Агапов В.П., Васильев А.В. Учет геометрической нелинейности при расчете железобетонных колонн прямоугольного сечения методом конечных элементов // Вестник МГСУ. 2014. №4. С. 37–43.
53. Джинчвелашвили Г. А., Булушев С. В. Колебания высотных зданий при сейсмическом воздействии с учетом физической и геометрической нелинейности// Строительство: наука и образование.– 2014. №2. С. 1.
54. Савенкова М.И., Шешенин С.В., Закалюкина И.М. Сравнение результатов конечно-элементного анализа с результатами асимптотического метода осреднения в задаче упругопластического изгиба пластины // Вестник МГСУ. 2013. №8. С. 42–50.
55. Улитин В.В., Полякова Ю.В. Анализ устойчивости составных стержней с учетом физической нелинейности материала // Вестник гражданских инженеров. 2010. №2. С. 65–68.
56. Мухин Д.Е. Математические модели и алгоритмы исследования устойчивости пологих ребристых оболочек при учете геометрической и физической нелинейности // Вестник гражданских инженеров. 2009. №2. С. 59–61.
57. Sybis M., Smoczkiewicz-Wojciechowska A., Szymczak-Graczyk A. Impact of matrix inversion on the complexity of the finite element method// Наука та прогресс транспорту. 2016. №2 (62). Pp. 190–199.
58. Лалин В.В., Рыбаков В.А., Морозов С.А. Исследование конечных элементов для расчета тонкостенных стержневых систем// Инженерно-строительный журнал. 2012. №1. С. 53–73.
59. Перельмутер А.В. Прогрессирующее обрушение и методология проектирования конструкций (совершенствование нормативных документов). №6 «Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений». 2004.
60. Перельмутер А.В. О расчетах на прогрессирующее обрушение // Вестник МГСУ. 2008. №1. С. 119–129.
61. Перельмутер А.В., Криксунов Э.З., Мосина Н.В. Реализация расчета монолитных жилых зданий на прогрессирующее (лавинообразное) обрушение в среде вычислительного комплекса SCAD Office. Инженерно-строительный журнал, №2, 2009.
62. Рабинович И.М. Основы динамического расчета сооружений на действие мгновенных или кратковременных сил. - М.-Л.: Стройиздат наркомстроя, 1945. 83 с.
63. Синицин А.П. Расчет конструкций на основе теории риска. М.: Стройиздат, 1985. 304 с.
64. Кудишин Ю.И., Дробот Д.Ю. Методика расчета строительных конструкций на единичную живучесть. М.: 2009.
65. Тихий М., Ракосник И. Расчет рамных железобетонных конструкций в пластической стадии. М.: Стройиздат 1976. 195 с.
66. Попов Н.Н., Расторгуев Б.С. Расчет конструкций специальных сооружений. М.: Стройиздат 1990. 207 с.
67. Попов Н.Н., Расторгуев Б.С. Вопросы расчета и конструирования специальных сооружений. М.: Стройиздат 1980. 190 с.
68. Гончаров А.А. Внецентренко сжатые железобетонные элементы с косвенным армированием при кратковременном динамическом нагружении: Автореф. дисс. канд.техн.наук. М., 1988. 16 с.
69. Трекин Н.Н. Несущая способность колонн, армированных высокопрочной сталью, при динамическом воздействии: Дисс. канд.техн.наук. М., 1987. 150 с.
70. Баженов Ю. М. Бетон при динамическом нагружении. М.: Стройиздат, 1970. 272 с.
71. Котляревский В.А. Влияние скоростных эффектов на поведение импульсивно нагруженных конструкций // Бетон и железобетон, 1978, №10. С. 31–34.
72. Xianzhong Zhaoa, Shen Yanb, Yiyi Chena. Comparison of progressive collapse resistance of single-layer latticed domes under different loadings// Journal of Constructional Steel Research. 2017. №129. Pp. 204–214.
73. Yang Ding, Xiaoran Song, Hai-Tao Zhu. Probabilistic progressive collapse analysis of steel-concrete composite floor systems// Journal of Constructional Steel Research. 2017. №129. Pp. 129–140.
74. Amir Hossein Arshian, Guido Morgenthal. Three-dimensional progressive collapse analysis of reinforced concrete frame structures subjected to sequential column removal// Engineering structures. 2017. №132. Pp. 87–97.
75. Feng Miaoa, Michel Ghosn. Reliability-based progressive collapse analysis of highway bridges// Structural Safety. 2016. №63. Pp. 33–46.
76. Akbar Pirmoz, Min (Max) Liu. Finite element modeling and capacity analysis of post-tensioned steel frames against progressive collapse// Engineering structures. 2016. №126. Pp. 446–456.
77. X.S. Chenga, G. Zhenga, Y. Diaoa, T.M. Huanga, C.H. Denga, Y.W. Leia, H.Z. Zhou. Study of the progressive collapse mechanism of excavations retained by cantilever contiguous piles // Engineering Failure Analysis. 2016. №72. Pp. 73–78.
78. Peiqi Rena, Yi Lia, Xinzheng Lub, Hong Guanc, Yulong Zhou. Experimental investigation of progressive collapse resistance of one-way reinforced concrete beam–slab substructures under a middle-column-removal scenario // Engineering structures. 2016. №118. Pp. 28–40.
79. Chang Hong Chena, Yan Fei Zhua, Yao Yaoa, Ying Huangb, Xu Long. An evaluation method to predict progressive collapse resistance of steel frame structures // Journal of Constructional Steel Research. 2016. №122. Pp. 238–250.
80. S. Gerasimidisa, J. Sideri. A new partial-distributed damage method for progressive collapse analysis of steel frames // Journal of Constructional Steel Research. 2016. №119. Pp. 233–245.
81. Qiuni Fua, Bo Yanga, Ying Hua, Gang Xionga, Shidong Niea, Weifu Zhanga, Guoxin Daia. Dynamic analyses of bolted-angle steel joints against progressive collapse based on component-based model// Journal of Constructional Steel Research. 2016. №117. Pp. 161–174.
82. Виноградова Т.Н. Влияние распора на работу железобетонных балочных конструкций при кратковременных динамических воздействиях. Автореф. дисс. канд.техн.наук. М., 1977. 20 с.
83. Ржашщын А.Р. Колонны под действием бокового импульса// Исследование по строительной механике. М.: Госстройиздат, 1962. С. 6–22.
84. Снитко Н.К. Устойчивость стержневых систем в упруго-пластитической области. Л.: Стройиздат, 1968. 248 с.
85. Черкесов Г. Н. Методы и модели оценки живучести сложных систем. Знание 1987. 116 с.
86. Берлинов М.В., Макаренко Е.А. Расчет железобетонных конструкций методом конечных элементов с учетом реального описания действующих физических процессов// Вестник МГСУ. 2013. №11. С. 26–33.
87. Берлинов М.В., Макаренко Е.А. К вопросу о применении метода дополнительных конечных элементов в инженерной практике// Промышленное игражданское строительство. 2013. №11. С. 46–49.
88. Ермакова А.В. Метод дополнительных конечных элементов для расчета железобетонных конструкций по предельным состояниям. М.: Физматлит, 2007. 125 с.
89. Голованов А.И., Тюленева О.Н., Шигабутдинов А.Ф. Метод конечных элементов в статике и динамике тонкостенных конструкций. М.: Физматлит, 2006. 391 с.
90. Нгуен Ван Ты, Кажарский В.В. Расчет стержневых железобетонных конструкций с учетом неупругой работы методом конечных элементов // Вестник иркутского государственного технического университета. 2014. №5 (88). С. 107–114.
91. Лавыгин Д.С., Леонтьев В.Л. Алгоритм смешанного метода конечных элементов решения задач теории стержней // Сейстмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2013. №4. С. 43.
92. Гасенко Л.В. Исследование упругих многослойных моделей для расчета дорожного покрытия велосипедных путей методом конечных элементов// Вiсник вiнницького полiтехнiчного iнституту. 2015. №4 (121). С. 20–24.
93. Крюк А.Г., Солдатов К.И. Расчет частот свободных колебаний металлических арочных мостов методом конечных элементов// Наука та прогресс транспорту. 2007. №15. С. 194–199.
94. Низомов Д.Н., Каландарбеков И. Сранительный анализ методов сосредоточенных деформаций и конечных элементов// Известия академии наук республики Таджикистан. Отделение физико-математических, химических, геологических и технических наук. 2015. №1 (158). С. 84–92.
95. Моргун А.С., Попов В.А., Меть И.Н. Диагностирование напряженно-деформированного состояния каркасного монолитного здания методами конечных и граничных элементов// Вiсник вiнницького полiтехнiчного iнституту. 2007. №6 (75). С. 21–24.
96. Игнатьев А.В., Симон Е.В. Исследование устойчивости и закритического поведения фермы Мизеса по методу конечных элементов в форме классического смешанного метода// Вестник волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: строительство и архитектура. 2014. №38. С. 94–101.
97. Игнатьев А.В., Игнатьев В.А. Расчет геометрически нелинейных плоских шарнирно-стержневых систем по методу конечных элементов в форме классического смешанного метода // Вестник волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: строительство и архитектура. 2013. №34 (53). С. 82–89.
98. Люблинский В.А., Ширлова О.В. Расчет несущих систем зданий по дискретно-континуальной модели и модели, основанной на методе конечных элементов// Труды братского государственного университета, серия: естественные и инженерные науки. 2009. №2. С. 171–176.
99. Горынин Г.Л., Власко А.Ф. Математическое моделирование механических макросвойств материалов, армированных периодическими решетками // Современные проблемы науки и образования. 2014. №6. С. 1717.

ПРЕДИСЛОВИЕ

1. РАЗРАБОТАНЫ: МНИИТЭП (инженеры Шапиро Г.И. - руководитель работы, Эйсман Ю.А.) и РААСН (академик, д.т.н. Травуш В.И.).

2. ПОДГОТОВЛЕНЫ к изданию ГУП МНИИТЭП.

3. СОГЛАСОВАНЫ: ЦНИИСК им. Кучеренко, ЦНИИЭП жилища.

4. УТВЕРЖДЕНЫ И ВВЕДЕНЫ В ДЕЙСТВИЕ Распоряжением Управления научно-технической политики, развития и реконструкции города Москвы от 16.02.2006 г. N 9.

Введение

Введение

Рекомендации предназначены для проектирования и строительства новых, а также реконструкции и проверки построенных высотных (многофункциональных, административных, жилых) зданий, или высотной части разноэтажного здания, любых конструктивных систем высотой более 25 этажей (75 м) на устойчивость против прогрессирующего обрушения при возникновении локальных повреждений.

Необходимость в разработке данных рекомендаций возникла в связи с тем, что имеющиеся документы не охватывают вопросов, связанных с проектированием и проверкой высотных зданий. Высотные дома имеют ряд особенностей, связанных с более "свободными" архитектурно-планировочными решениями, широким шагом стен (или колонн), решениями несущих и ограждающих конструкций и т.п., что обусловливает специфику расчета высотных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения при чрезвычайных ситуациях (ЧС).

Основная цель настоящей методики - обеспечение безопасности высотных зданий при запроектных ЧС.

Чрезвычайные ситуации (ЧС), вызванные запроектными источниками, в общем случае непредсказуемы и сводятся к локальным аварийным воздействиям на отдельные конструкции одного здания: взрывы, пожары, карстовые провалы, ДТП, дефекты конструкций и материалов, некомпетентная реконструкция (перепланировка) и т.п. случаи.

Как правило, воздействие рассматриваемого типа приводит к местным повреждениям несущих конструкций зданий. При этом в одних случаях ЧС этими первоначальными повреждениями и исчерпываются, а в других - несущие конструкции, сохранившиеся в первый момент аварии, не выдерживают дополнительной нагрузки, ранее воспринимавшейся поврежденными элементами, и тоже разрушаются. Аварии последнего типа получили в литературе наименование "прогрессирующее обрушение".

1 Основные положения

1.1 Высотные здания должны быть защищены от прогрессирующего (цепного) обрушения в случае локального разрушения их несущих конструкций при аварийных воздействиях, не предусмотренных условиями нормальной эксплуатации зданий (пожары, взрывы, ударные воздействия транспортных средств, несанкционированная перепланировка и т.п). Это требование означает, что в случае аварийных воздействий допускаются локальные разрушения отдельных вертикальных несущих элементов в пределах одного этажа или участка перекрытия одного этажа, но эти первоначальные разрушения не должны приводить к обрушению или разрушению конструкций, на которые передается нагрузка, ранее воспринимавшаяся элементами, поврежденными аварийным воздействием.

Расчет здания в случае локального разрушения несущих конструкций производится только по предельным состояниям первой группы. Развитие неупругих деформаций, перемещения конструкций и раскрытие в них трещин в рассматриваемой чрезвычайной ситуации не ограничиваются.

1.2 Устойчивость высотного здания против прогрессирующего обрушения следует обеспечивать наиболее экономичными средствами:

- Рациональным конструктивно-планировочным решением здания с учетом возможности возникновения рассматриваемой аварийной ситуации;

- Конструктивными мерами, обеспечивающими неразрезность конструкций;

- Применением материалов и конструктивных решений, обеспечивающих развитие в элементах конструкций и их соединениях пластических деформаций.

1.3 Реконструкция высотного здания, в частности перепланировка и переустройство помещений, не должны снижать его устойчивость против прогрессирующего обрушения.

1.4 В качестве локального (гипотетического) разрушения следует рассматривать разрушение (удаление) вертикальных конструкций одного (любого) этажа здания, ограниченных кругом площадью до 80 м (диаметр 10 м) для зданий высотой до 200 м и до 100 м (диаметр 11,5 м) для зданий выше 200 м:

а) двух пересекающихся стен на участках от места их пересечения (в частности, от угла здания) до ближайшего проема в каждой стене или до следующего вертикального стыка со стеной другого направления или участке указанного размера;

б) колонн (пилонов) или колонн (пилонов) с примыкающими к ним участками стен, в том числе навесных ограждающих панелей, расположенных на участке, не превышающем указанный размер локального разрушения;

в) перекрытия на указанной площади.

Для оценки устойчивости здания против прогрессирующего обрушения разрешается рассматривать лишь наиболее опасные расчетные схемы разрушения. Необходимо проверить защищенность от прогрессирующего обрушения конструкций всех типовых, технических и подземных этажей, а также чердака.

2 Расчетные нагрузки и сопротивление материалов

2.1 Расчет по прочности и устойчивости производят на особое сочетание нагрузок и воздействий, включающее постоянные и длительные временные нагрузки, а также воздействие на конструкцию здания локальных гипотетических разрушений по п.1.4. Локальное разрушение может быть расположено в любом месте здания.

2.2 Постоянная и длительная временная нагрузки принимаются согласно действующим нормативным документам (или по специальному заданию) с коэффициентами сочетания нагрузок и коэффициентами надежности по нагрузкам, равными единице.

2.3 Расчетные прочностные и деформационные характеристики материалов принимаются равными их нормативным значениям согласно действующим нормам проектирования железобетонных и стальных конструкций.

3 Расчет высотных зданий на устойчивость против прогрессирующего обрушения

3.1 Для расчета высотных зданий рекомендуется использовать пространственную расчетную модель. В модели могут учитываться элементы, которые при нормальных эксплуатационных условиях являются ненесущими (например, навесные наружные стеновые панели, железобетонные ограждения балконов и т.п.), а при наличии локальных воздействий активно участвуют в перераспределении усилий в элементах конструктивной системы.

Расчетная модель здания должна предусматривать возможность удаления (разрушения) отдельных вертикальных конструктивных элементов в соответствии с п.1.4.

Удаление одного или нескольких элементов изменяет конструктивную схему и характер работы элементов, примыкающих к месту разрушения либо зависших над ним, что необходимо учитывать при назначении жесткостных характеристик элементов и их связей.

Расчетная модель здания должна быть рассчитана отдельно с учетом каждого (одного) из локальных разрушений.

3.2 Расчет здания можно выполнять с использованием различных программных комплексов, в том числе основанных на методе конечного элемента. Использование программных комплексов, допускающих возможность учета физической и геометрической нелинейности жесткостных характеристик элементов, обеспечивает наибольшую достоверность результатов расчета и снижение дополнительных материалозатрат.

Полученные на основании статического расчета усилия в отдельных конструктивных элементах должны сравниваться с предельными усилиями, которые могут быть восприняты этими элементами. Устойчивость здания против прогрессирующего обрушения обеспечена, если для любого элемента соблюдается условие , где и соответственно усилие в конструктивном элементе, найденное из выполненного статического расчета, и его расчетная несущая способность, найденная с учетом указаний п.2.3. Конструкции, для которых требования по прочности не удовлетворяются, должны быть усилены, либо должны быть приняты другие меры, повышающие сопротивление конструкций прогрессирующему обрушению.

3.3 При определении предельных усилий в элементах (их несущей способности) следует принимать:

а) длительно действующую часть усилий - из расчета конструктивной схемы при расчетной схеме без локальных разрушений на нагрузки, указанные в п.2.2;

б) кратковременно действующую часть усилий - как разность усилий, полученных из расчета конструктивной схемы при расчетной схеме с учетом удаления (разрушения) одного из несущих элементов (см. п.1.4) на действие тех же нагрузок, и усилий, полученных из расчета по п.а).

3.4 В случае обеспечения пластичной работы конструктивной системы в предельном состоянии проверку устойчивости против прогрессирующего обрушения элементов, расположенных над локальными разрушениями, рекомендуется проводить кинематическим методом теории предельного равновесия, дающим наиболее экономичное решение. В этом случае расчет здания при каждой выбранной схеме выполняется по следующей процедуре:

- задаются наиболее вероятные механизмы прогрессирующего (вторичного) обрушения элементов здания, потерявших опору (задать механизм разрушения значит определить все разрушаемые связи, в том числе и образовавшиеся пластические шарниры, и найти возможные обобщенные перемещения () по направлению усилий в этих связях);

- для каждого из выбранных механизмов прогрессирующего обрушения определяются предельные усилия, которые могут быть восприняты сечениями всех пластично разрушаемых элементов и связей (), в том числе и пластических шарниров; находятся равнодействующие () внешних сил, приложенных к отдельным звеньям механизма, то есть к отдельным неразрушаемым элементам или их частям, и перемещения по направлению их действия ();

- определяются работы внутренних сил () и внешних нагрузок () на возможных перемещениях рассматриваемого механизма

и проверяется условие равновесия

При оценке возможности одновременного обрушения конструкций всех этажей условия равновесия (1) заменяются условием

Где и - соответственно работа внутренних и внешних сил на перемещениях конструкций одного этажа; этажи разделяются нижней поверхностью перекрытия, которое относится к этажу, расположенному над перекрытием.

Указанная расчетная процедура применима лишь при условии выполнения требований п.4.2, 4.3 об обеспечении пластичной работы отдельных конструктивных элементов и связей между ними в предельном состоянии. Если пластичность какого-либо элемента или связи не обеспечена, их работа учитываться не должна (элемент или связь считаются отсутствующими). Если таких элементов и связей, которые могут разрушаться хрупко, слишком много, и их формальное исключение слишком сильно уменьшает оценку сопротивления здания прогрессирующему обрушению, следует или обеспечить пластичность связей, или использовать другую расчетную модель здания (см. п.3.2).

При каждом выбранном локальном разрушении необходимо рассмотреть все указанные ниже механизмы прогрессирующего обрушения:

- Первый механизм прогрессирующего обрушения характеризуется одновременным поступательным смещением вниз всех вертикальных конструкций (или отдельных их частей), расположенных над локальным разрушением.

- Механизм прогрессирующего обрушения второго типа характеризуется одновременным поворотом каждой конструктивной части здания, расположенной над локальным разрушением, вокруг своего центра вращения. Такое смещение требует разрушения имеющихся связей этих конструкций с неповрежденными элементами здания; разрушения связей сдвига вертикальных элементов с перекрытием.

- Третий механизм обрушения - это условие необрушения только участка перекрытия, расположенного непосредственно над выбитой вертикальной конструкцией и первоначально на нее опертого.

- Четвертый механизм предусматривает перемещения конструкций лишь одного этажа, расположенного непосредственно над выбитым вертикальным элементом. В этом случае происходит отрыв вертикальных конструкций от перекрытия, расположенного над ними.

Если при какой-либо расчетной схеме условие (1) или (2) не выполняется, необходимо усилением конструктивных элементов либо иными мероприятиями добиться его выполнения.

3.5 В некоторых случаях целесообразно рассматривать работу перекрытий над удаленной колонной (пилоном, стеной) при больших прогибах как элементов висячей системы или с учетом мембранного эффекта.

3.6 В несущих колоннах (пилонах, стенах), не расположенных над гипотетическим локальным разрушением, его воздействие приводит к увеличению напряжений и усилий. Необходимо выполнить проверку прочности этих элементов. Оценку усилий, действующих в элементах, допускается выполнять приближенными методами.

3.7 Каждое перекрытие высотного здания должно быть рассчитано на восприятие веса участка перекрытия вышележащего этажа (постоянная и длительная нагрузки с коэффициентом динамичности =1,5) на площади 80 м для зданий до 200 м и 100 м для зданий выше 200 м.

4 Конструктивные требования

4.1 Основное средство защиты высотных зданий от прогрессирующего обрушения - обеспечение необходимой прочности конструктивных элементов в соответствии с расчетами; повышение пластических свойств применяемой арматуры и стальных связей между конструкциями (в виде арматуры соединяемых конструкций, закладных деталей и т.п.); включение в работу пространственной системы ненесущих элементов. Эффективная работа связей, препятствующих прогрессирующему обрушению, возможна лишь при обеспечении их пластичности в предельном состоянии, с тем чтобы они не выключались из работы и допускали без разрушения развитие необходимых деформаций. Для выполнения этого требования связи следует проектировать из пластичной листовой или арматурной стали, а прочность анкеровки связей должна быть больше усилий, вызывающих их текучесть.

4.2 В зданиях следует отдавать предпочтение монолитным и сборно-монолитным перекрытиям, которые должны быть надежно соединены с вертикальными несущими конструкциями здания стальными связями.

4.3 Соединения сборных элементов с монолитными конструкциями, препятствующие прогрессирующему обрушению зданий, должны проектироваться неравнопрочными, при этом элемент, предельное состояние которого обеспечивает наибольшие пластические деформации соединения, должен быть наименее прочным.

Для выполнения этого условия рекомендуется рассчитать все элементы соединения, кроме наиболее пластичного, на усилие, в 1,5 раза превышающее несущую способность пластичного элемента, например, анкеровку закладных деталей и сварные соединения рекомендуется рассчитывать на усилие в 1,5 раза больше, чем несущая способность самой связи. Необходимо особо следить за фактически точным исполнением проектных решений пластичных элементов, замена их более прочными недопустима.

4.4 Для повышения эффективности сопротивления прогрессирующему обрушению здания рекомендуется:

- надпроемные перемычки, работающие как связи сдвига, проектировать так, чтобы они разрушались от изгиба, а не от действия поперечной силы;

- шпоночные соединения в сборно-монолитных конструкциях проектировать так, чтобы прочность отдельных шпонок на срез была в 1,5 раза больше их прочности при смятии;

- обеспечивать достаточность длины анкеровки арматуры при ее работе как связи сдвига;

- опорные сечения балок и ригелей, а также узлы их соединений с колоннами (стенами, пилонами), должны иметь прочность по поперечной силе в 1,5 раза выше, чем их несущая способность по изгибу с учетом пластических свойств в пролете.

4.5 Минимальная площадь сечения (суммарная для нижней и верхней арматуры) горизонтальной арматуры, как продольной, так и поперечной в железобетонных перекрытиях и покрытии должна составлять не менее 0,25% от площади сечения бетона.

При этом указанная арматура должна быть непрерывной и стыковаться в соответствии с требованиями действующих нормативных документов на проектирование железобетонных конструкций.

4.6 Горизонтальные связи бетонных или железобетонных навесных наружных панелей с несущими элементами здания должны воспринимать растягивающие усилия не менее: 10 кН (1 тс) на 1 м длины панели при высоте этажа 3,0 м; 12 кП на 1 м длины панели при высоте этажа 3,5 м; 14 кН на 1 м длины панели при высоте этажа 4,0 м и выше, если по расчету не требуется более.

4.7 Продольная (вертикальная) междуэтажная арматура пилона (колонны, стены) должна воспринимать растягивающие усилия не менее 10 кН (1 тс) на каждый квадратный метр грузовой площади этого пилона (колонны, стены).

4.8 В зданиях с применением металлических конструкций предусматривать сталежелезобетонные перекрытия, избегать гибких соединений ригелей с колоннами. Горизонтальные ветровые связи должны обеспечивать объединение диска перекрытия. Использовать стали с повышенной пластичностью и вязкостью.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

ПРИЛОЖЕНИЕ А

В данном приложении рассмотрены два примера расчета*:
_______________
* В расчете примеров принимал участие студент МГСУ Юрьев Р.В.

- В первом примере А1 рассмотрена устойчивость против прогрессирующего обрушения для нескольких схем локального разрушения несущих конструкций одной секции жилого тридцатипятиэтажного дома высотой 123,2 м. Расчет перекрытий проведен с использованием кинематического метода предельного равновесия, а вертикальных конструкций - с использованием программного комплекса "Мономах 4.0".

- Во втором примере А2 рассмотрена устойчивость против прогрессирующего обрушения многофункционального 74-этажного дома подобного башне Москва-Сити, высотой 266,4 м. Расчет конструкций для отдельных схем локальных разрушений проведен с использованием программных комплексов "Лира 9.2" и "ОМ СНиП Железобетон - прогрессирующее обрушение".

Для обоих примеров приведены результаты расчетов отдельных схем локального разрушения.

А1 ПРИМЕР РАСЧЕТА ТРИДЦАТИПЯТИЭТАЖНОГО МОНОЛИТНОГО ЖИЛОГО ДОМА
НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПРОТИВ ПРОГРЕССИРУЮЩЕГО ОБРУШЕНИЯ

А1.1 Исходные данные

А1.1.1 Описание конструктивной системы

Несущие конструкции здания выполнены в монолитном железобетоне. План типового этажа здания представлен на рисунке А1. Конструктивная система здания смешанная. Лестнично-лифтовой узел образует ядро жесткости. Толщина несущих внутренних стен 35 см, толщина пилонов 40-50 см, длина пилонов до 200 см. Перекрытия и покрытие - монолитные, толщиной 22 см, защитный слой бетона 2,5 см. Все вертикальные несущие конструкции здания выполнены из тяжелого бетона класса по прочности на сжатие В45, перекрытие из бетона класса В25. Фоновое армирование перекрытий непрерывное симметричное одинаковое вдоль обоих направлений осей здания: верхняя арматура равна нижней и составляет 12А400 с ячейкой 30 см. Высота этажа =3,52 м. Наружные стены навесные из небетонных мелкоштучных материалов.

РИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО ДОМА

РИСУНОК А1.1 ПЛАН ТИПОВОГО ЭТАЖА МОНОЛИТНОГО ВЫСОТНОГО ЖИЛОГО ДОМА

А1.1.2 Нагрузки

Нормативные равномерно распределенные нагрузки на перекрытии: собственный вес 5,5 кН/м; вес пола в квартирах 2 кН/м; вес пола на балконе 1,2 кН/м; вес перегородок внутри квартир 1,1 кН/м; длительная временная нагрузка от людей в квартирах и на балконах 0,3 кН/м . Полная равномерно распределенная нагрузка: в квартирах 8,9 кН/м; на балконах 7 кН/м. Вес наружных стен 11,1 кН/пог.м; ограждения балконов 3,5 кН/пог.м.

А1.1.3 Расчетные сопротивления материалов

Буквенные обозначения величин, не оговоренные в настоящем расчете, приняты по СНиП 2.03.02-84*, СНиП 52-01-2003 и СП 52-101-03 [ , , ].
_______________
Действует до вступления в силу соответствующего технического регламента.

Носит рекомендательный характер до регистрации Минюстом России.

Вероятно ошибка оригинала. Следует читать СНиП 2.03.02-86 . - Примечание изготовителя базы данных.

Бетон класса по прочности на сжатие В25 : 18,5 МПа;
1,55 МПа.

Бетон класса по прочности на сжатие В45 : 32 МПа;
2,2 МПа.

Арматура 12А400 : сопротивление растяжению 400 МПа;
срезу 400*0,8=320 МПа.

Несущие способности элементов определяются по требованиям СП 52-101-03 с использованием программы ОМ "СНиП железобетон" .

А1.1.4 Расчетные схемы гипотетических локальных разрушений

Варианты расположения гипотетических локальных разрушений типового этажа, рассмотренные в настоящем примере, показаны на рисунке А1.

По высоте здания локальное разрушение может быть расположено на любом этаже, поэтому если в здании несколько видов типовых этажей, то проверять нужно самый опасный (или все). Кроме того, необходимо проверить невозможность прогрессирующего обрушения конструкций чердака, технических и подземных этажей. Здесь в качестве примера рассмотрены три наиболее опасные схемы локальных разрушений конструкций типового этажа, отвечающих требованию п.4.5, в том числе три возможных варианта образования пластических шарниров для схемы 1.

А1.2 Расчет конструкций, расположенных над локальным разрушением, кинематическим методом теории предельного равновесия

А1.2.1 Несущая способность отдельных конструктивных элементов

А1.2.1.1 Перекрытие

Погонная несущая способность поперечных сечений с фоновым армированием по изгибу при растяжении нижних (или верхних) волокон при изгибе вдоль направлений буквенных и цифровых осей одинакова, определяется при =100 см; =19,5 см; =3,77 см (3,3 стержня диаметром 12 мм из стали класса А400); =400 МПа, бетон класса В25, =18,5 МПа и равна 28 кН·м/пог.м. Площадь арматуры составляет: =3,77*2/(22*100)*100%=0,34%>0,25%, т.е. больше минимального армирования по п.4.5 данных рекомендаций.

А1.2.2 Проверка устойчивости здания при локальном разрушении его несущих конструкций по схеме N 1

РИСУНОК А1.2 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ПЕРВОГО ТИПА

РИСУНОК А1.2 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ПЕРВОГО ТИПА

Рассматривается обрушение конструктивной ячейки между осями А-В и 1-3. Первично разрушается пилон -го этажа на пересечении осей 1 и Б. Проверяется невозможность обрушения зависших над локальным разрушением участков перекрытий и пилонов. Поскольку пилон с другими вертикальными конструкциями соединяется только через перекрытие, прогрессирующему обрушению в данном случае сопротивляется на каждом этаже только перекрытие, разрушающееся с образованием пластических шарниров, и стык перекрытия с пилоном.

А1.2.2.1 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения первого типа

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А1.2. Пилоны всех этажей, зависших над "разрушенным" пилоном на -том этаже, поступательно смещаются вниз вместе с примыкающими участками перекрытий, в перекрытиях образуются пластические шарниры с растяжением верхней (на рисунках обозначены сплошной линией) и нижней (пунктирной линией) арматуры.

Работа пилона

Пилон (сечение 40х200 см) поступательно смещается вниз без разрушения, работа внутренних сил =0. Вес пилона =25*0,4*2*3,3=66 кН; вертикальное перемещение =1; работа внешних сил =66*1=66 кН.

Сопротивление обрушению перекрытий

Работа внутренних сил перекрытия суммируется по всем показанным на рисунке А1.2 и пронумерованным цифрами в кружках пластическим шарнирам (=1, ...8). Для каждого пластического шарнира , где - изгибающий момент, воспринимаемый сечением перекрытия вдоль рассматриваемого пластического шарнира; - угол излома плиты, - длина пластического шарнира. Для шарниров, наклонных к направлению осей здания, , где - острый угол между направлением -го шарнира и направлением цифровой оси.

В целях стандартизации расчета углы излома перекрытия в пластических шарнирах, образованные двумя наклонными плоскостями, рассматривались как сумма двух углов (каждой наклонной плоскости с горизонтальной), например шарниры 7 и 8. Тогда , где - длина перпендикуляра к линии -го пластического шарнира, соединяющего 2 точки рассматриваемой плоскости, разность перемещений которых равна единице.



шарнир 1: =28*2,2=60,6 кНм; =1/4,4=0,22 м; =60,6*0,22=13 кН;

шарнир 2: =28*2,2=60,6 кНм; =1/4,3=0,233 м; =60,6*0,233=14 кН;

шарнир 3: =28*(соs3°+sin3°)*6,7=187 кНм; =1/4,3=0,233 м; =187*0,233=44 кН;

шapниp 4: =28*(cos14°+sin14°)*15,4=431 кНм; =1/4,2=0,24 м; =431*0,24=104 кН;

шapниp 5: =28*(cos35°+sin35°)*9,7=272 кНм; =1/5,7=0,175 м; =272*0,175=48 кН;

шарнир 6: =28*(cos45°+sin45°)*5,8=162 кНм; =1/6,3=0,16 м; =162*0,16=26 кН;

шарнир 7: =28*(cos7°+sin7°)*12=336 кНм; =1/4,5=0,222 м; =336*0,222=75 кН;

шарнир 8: =336 кНм; =1/6,5=0,154 м; =336*0,154=52 кН;

всего по перекрытию =13+14+44+104+48+26+75+52=374 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия

(=1, 2, 3). , где - распределенные внешние нагрузки; - площадь обрушаемой части плиты перекрытия, к которой эти нагрузки приложены; - перемещение центра тяжести части плиты. Величины и указаны на рисунке А1.2. Работа внешних сил

=8,9*(38*0,381+14,4*0,325+27,6*0,333)=255 кН.

Наружные стены (условно на рисунке А1.2 показаны только на планах)

Работа внутренних сил =0.

Работа внешних сил на перемещениях наружных стен (=1, 2). , где - распределенные по длине внешние нагрузки от веса наружных стен или ограждения балконов; - длина наружной стены; - вертикальное перемещение центра тяжести наружной стены.

=11,1*(5,6*0,5+4,7*0,5)=57 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма первого типа

Проверка производится по формуле (2) данных Рекомендаций

377 кН;

66+255+57=378 кН377 кН.

Условие устойчивости конструкций выполнено . Прогрессирующее обрушение первого типа невозможно.

А1.2.2.2 Оценка возможности возникновения механизма прогрессирующего обрушения второго типа

Гипотетическая схема прогрессирующего обрушения представлена на рисунке А1.3. В перекрытии образуются пластические шарниры с растяжением верхней и нижней арматуры. Пилоны всех этажей, зависших над "исчезнувшим" пилоном на -том этаже, поворачиваются вместе с нижним перекрытием вокруг мгновенного центра вращения на пересечении осей Б и 3, стык пилона с верхним перекрытием разрушается по срезу.

РИСУНОК А1.3 СХЕМА 1. МЕХАНИЗМ ОБРУШЕНИЯ ВТОРОГО ТИПА

Работа пилона

Вес пилона =66 кН; перемещение под центром тяжести пилона =13/14=0,93; работа внешних сил =66*0,93=61 кН.

Сопротивление обрушению перекрытия

Работа внутренних сил перекрытия суммируется по всем показанным на рисунке А1.3 и пронумерованным цифрами пластическим шарнирам (=1, ...4).

Для каждого пластического шарнира , где - изгибающий момент, воспринимаемый сечением перекрытия вдоль рассматриваемого пластического шарнира; - угол излома плиты.

Работа внутренних сил на перемещениях пластических шарниров:

шарнир 1: =28*(cos24°+sin24°)*16,3=456 кНм; =1/4,3=0,233 м; =456*0,233=106 кН;

шарнир 2: =28*(cos14°+sin14°)*15,5 =434 кНм; =1/4,7=0,213 м; =434*0,213=92 кН;

шарнир 3: =28*(cos6°+ sin6°)*14,2=398 кНм; =1/4,5=0,222 м; =398*0,222=88 кН;

шарнир 4: =398 кНм; =1/5=0,2 м; =398*0,2=80 кН

Всего по перекрытию: =106+92+88+80=366 кН.

Работа внешних сил на перемещениях перекрытия (см. рисунок А1.3)

=8,9*(38*0,34+29*0,28)=187 кН.

Наружные стены

Работа внутренних сил =0.

Работа внешних сил =11,1*(5,4*0,5+6*0,5)=61 кН.

Проверка общего условия невозможности образования механизма второго типа

Проверка производится по формуле (2) данных Рекомендаций

366 кН (без учета работы пилона на срез);

61+187+61+309 кН<366 кН.

Условие устойчивости выполнено даже без учета работы пилона на срез. Прогрессирующее обрушение второго типа невозможно.В этом случае вы можете повторить покупку документа с помощью кнопки справа.

Произошла ошибка

Платеж не был завершен из-за технической ошибки, денежные средства с вашего счета
списаны не были. Попробуйте подождать несколько минут и повторить платеж еще раз.

В последние годы в мире нарастает опасность террористических актов, происходит расширение географии и масштабов терроризма.

Террористы обычно преследуют политические, религиозные, националистические, корыстные или другие цели и направлены на устрашение людей, общества, органов власти. При террактах обычно гибнут ни в чем не повинные люди, наносится социальный, материальный или экологический ущерб.

В отличие от ЧС техногенного и природного происхождения террористические акты относятся к ЧС, вызванным преднамеренными противоправными действиями со злым умыслом различных преступных группировок или лиц. Потому такие ЧС нельзя отнести к случайным событиям, но прогноз их возможен. Эти события прогнозируются с помощью информации, получаемой по разным каналам, в том числе агентурным, а также игровыми методами (как антогонистические игры с нулевой суммой).

В 1998 г. принят закон "О борьбе с терроризмом“, возложивший на органы МВД РФ задачи по предупреждению, выявлению и пресечению преступлений террористического характера. Однако, помимо силовых мер противодействия терроризму, предполагается использовать различные технические, организационные и режимные мероприятия и правила.

Объектами террактов обычно являются потенциально опасные производства. места скопления людей (особенно в замкнутых пространствах), транспортные объекты, общественные и административные здания, а также - многоэтажные жилые дома.

В качестве средств террора могут использоваться взрывные устройства, горючие смеси, сильнодействующие ядовитые вещества (СДЯВ), отравляющие, радиоактивные вещества и бактериальные аэрозоли. При этом взрывные устройства могут быть замаскированы под различные бытовые изделия.

Результатом терракта может быть взрыв, пожар, заражение территории, воздуха, воды или продовольствия, эпидемии и т.д.

Известны терракты, совершенные без использования специальных средств, а путем умышленного высвобождения энергетического потенциала или активного компонента из существующих энергосетей (например, газопроводов) или емкостей-хранилищ химически опасных веществ.

Технические и конструктивные меры по противодействию террактам в зданиях целесообразно предусматривать еще на стадии его проектирования, т.к. в уже существующих зданиях выполнить эти мероприятия сложнее.

При рассмотрении комплекса мер по антитеррору исходят из следующих общих принципов:

Выявления наиболее уязвимых мест в здании и его системах жизнеобеспечения, ограничения или полного исключения доступа посторонних лиц к этим местам;

применения в системах жизнеобеспечения зданий оборудования, оснащенного элементами безопасности, исключающими несанкционированный запуск (останов) или преднамеренное повреждение оборудования;

в обеспечения наблюдения (мониторинга) и контроля за ситуацией внутри здания и снаружи;

применения современных средств и систем распознавания наличия опасностей и угроз;

использования средств автоматической защиты, обеспечивающих срабатывание соответствующих агрегатов и устройств при распознавании опасностей;

наличия аварийного источника электроснабжения, а также системы сигнализации и оповещения людей о возникших опасностях;

наличия разработанных инструкций поведения людей при экстремальных ситуациях.




Каждый объект, представляющий интерес для террористов, имеет некие уязвимые места. В жилых и общественных зданиях это подвалы, лифтовые шахты, технические этажи, воздухозаборы систем вентиляции.




Например, наиболее уязвимыми при химическом или биологическом терроризме являются системы приточной вентиляции и центрального кондиционирования воздуха, а также крыши лифтовых кабин. В первом случае опасные вещества в виде газа или аэрозолей, попавшие в воздухозаборное устройство, распространяются по сети воздуховодов в помещения с большой скоростью, во втором - при движении лифта создается мощный воздушный поток и вещество распространяется по этажам, зятем проникает в помещения.




При заражении наружного (атмосферного) воздуха целесообразно внутри здания предусматривать возможность создания подпора (избыточного давления) с помощью системы приточной вентиляции (при условии, что воздухозаборное устройство находится вне зоны заражения).

В целом, для снижения результативности терракта с использованием систем вентиляции и кондиционирования здания следует при их проектировании учитывать следующие требования:




• размещать воздухозаборы в сравнительно труднодоступных и скрытых для посторонних лиц местах и оснащать их прочными решетками; обеспечить нормативную или повышенную герметичность сети воздуховодов (согласно СНиП), устройство байпасов и оснащение участков сети заслонками с автоматическим приводом для отключения зараженных участков и изменения направления воздушных потоков;

  предусмотреть систему датчиков для обнаружения токсичных веществ вблизи возлухозабора, на выходе из вентиляторов, на входе и выходе из центрального кондиционера;

  обеспечить контроль доступа в технические этажи здания, к просмотровым люкам, вентиляторам, фильтрам, насосам, оросительным камерам, электропитающим устройствам и т.д.

  при интегрировании всех систем жизнеобеспечения здания в единую диспетчерскую компьютерную систему, что характерно для “интеллектуальных" зданий, помимо аварийного электропитания данной системы, предусматривать информационную защиту компьютерных программ от несанкционированного доступа и попыток взлома по телефонной линии или из Интернета.

В настоящее время одной из актуальных задач, касающихся защитных технологий, является создание эффективных и недорогих средств обнаружения в воздухе широкого спектра химических и биологических веществ, а также способов их нейтрализации.

1. Прогрессирующее обрушение

   В своей первоначальной идеологии метод расчетных предельных состояний не ориентировался на анализ аварийных ситуаций, которые считались запредельными и исключались из рассмотрения на том основании, что предельные состояния первой группы предшествуют аварии и их недопущение по идее препятствует появлению аварии.

   Внедрение двухуровневого подхода к проектированию сейсмостойких сооружений, а также анализ фактических причин аварийности поколебали эту парадигму. В частности, в последнее время четко проявилась тенденция проектирования с защитой от прогрессирующего разрушения. Термин «прогрессирующее обрушение» и формулировка проблемы защиты от него панельных зданий появился в 1968 голу в докладе комиссии, расследовавшей причины известной аварии 22-этажного жилого дома Ronan Point в Лондоне. Это драматическое событие началось с взрыва газа в одной из квартир на 18-м этаже, вызванного утечкой в газовой плите. Наружные панели здания были запроектированы, чтобы выдержать только давления ветра, и после разрушении на одном этаже была потеряна возможность передачи вертикальной нагрузки от верхних этажей. Обломки из перекрытий с 18 до 22 этажа упали на перекрытие 17 этажа, что породило цепочку отказов перекрытый, поскольку нагрузка обломков превысила грузоподъемность одного перекрытия. Результатом было то, что разрушился целый угол здания выше и ниже места взрыва.

   В здании Ronan Point были выполнены все строительные нормы и правила, и было установлено отсутствие производственных дефектов. Но прогрессирующее обрушение било неизбежным, поскольку схема конструкции была аналогична карточному домику, то есть она не имела никакой возможности перераспределить нагрузку на отдельные подсистемы и тем самым локализовать отказ.

   Новую волну активности вызвали обрушения, вызванные террористическими атаками на высотное здание в Оклахома-Сити и на башни Центра мировой торговли в Нью-Йорке, а у нас - разрушение покрытия над аквапарком в Москве. Многочисленные публичные выступления, зачастую неквалифицированные, породили слухи, сомнения и нереальные требования. Даже в публикациях профессионалов встречаются ссылки на некоторые мифы, относящиеся к якобы абсолютной живучести сооружений старой проектировки, в которых могут находиться люди, или же, наоборот, к полному пренебрежению возможностью появления аварийной ситуации и необходимости абсолютной гарантии неразрушимости объектов.

   Нормативные документы по проектированию несущих конструкций в явной форме практически не говорят ничего о необходимости проведения проверки конструкций на живучесть, т. е. о необходимости отслеживать ситуацию после отказа какой-нибудь из частей или подсистем несущего каркаса. Правда, обычно нормы содержат ссылку на ГОСТ 27751-88, где в пункте 1.10 сказано, что при расчете конструкций должна рассматриваться аварийная расчетная ситуация, возникающая непосредственно после отказа какого-либо элемента конструкции. Но сама ссылка уж очень неконкретна, да и формулировка ГОСТа неточна, поскольку вряд ли можно подразумевать, что проектировщик обязан обеспечить существование объекта после отказа любого элемента конструкции. Достаточно представить себе любое купольное покрытие с разрушенным опорным кольцом или мост с разрушившейся опорой, чтобы потребовать закрытия практически всех храмов и прекращения движения по всем мостам.

   Очевидно, что для некоторых конструкций живучесть должна достигаться одновременным использованием трех типов защиты: достаточным запасом несущей способности одних конструктивных элементов, исключением прогрессирующего разрушения вследствие отказа других конструктивных элементов и комплексом защитных антитеррористических мероприятий.

   Очевидно, что требуется конкретизировать указание ГОСТ 27751-88, например, дополнив его требованием, чтобы формулировки отказных состояний содержались в нормах проектирования зданий и сооружений конкретного типа. По сути, так и поступают, например, при проектировании конструкций линий электропередачи, где в правилах указывается перечень аварийных режимов. Аналогична идеология проектирования объектом атомной энергетики, где, в частности, принципиально важным является использование таких понятий, как проектная и запроектная авария.

   Защита зданий в аварийных проектных ситуациях должна быть предусмотрена заранее и определяется соответствующими нормами проектирования, для несущих элементов она реализуется, в частности, в форме создания необходимых запасов несущей способности, обеспечивающих недопущение разрушении. Защита зданий в запроектных ситуациях ориентирована не на недопущение разрушений, а на обеспечение безопасности людей и возможности их эвакуации, на реализацию необходимого для этого запаса времени и т. п.

   Оценка возможности прогрессирующего разрушения и выработка мер его предотвращения ставит перед проектировщиками следующие нетрадиционные задачи:

   определение списка стартовых аварийных воздействий, вызывающих локальное разрушение;

   выработку методики расчета сложных многоэлементных конструкций на внезапное разрушение одного или нескольких несущих элементов;

   установление критериев выхода из строя несущих элементов, перегруженных в результате аварийного воздействия;

   выработку конструктивных мер защиты и смягчения последствий аварийного воздействия.

   К научному решению многих из этих проблем и в особенности к их нормативному оформлению чаще всего еще и не приступали, хотя здесь и имеются некоторые пионерные разработки. Как показывает анализ чрезвычайных ситуации, наиболее частыми исходными событиями, приводящими к запроектным авариям, являются локальные аварийные воздействия на отдельные конструкции одного здания: взрывы, пожары, карстовые провалы, наезды транспортных средств, дефекты конструкций и материалов, аварии инженерных систем здания, некомпетентная реконструкция и т. п. Это случайные, в общем случае непредсказуемые воздействия, параметры которых очень трудно определить.

   Наши общестроительные нормы не приводят данные о значениях аварийных воздействий, такие сведения отрывочно присутствуют в нормативных документах другого типа. Представляется, что было бы полезным иметь нормативный документ, в котором приводились бы правила определения нагрузок для таких массовых ситуаций аварийного характера, как удары при наездах автотранспортных средств, падения грузов, промышленные взрывы и т. п. Данные о некоторых из нагрузок такого рода содержатся в главе Еврокода-1, многие из них традиционно учитываются при проектировании объектов атомной энергетики.

   Было также предложено вместо реальных запроектных аварийных воздействий рассматривать их условные аналоги или уже вызванные ими локальные повреждения. В частности, рекомендации приводят следующий список таких исходных событий:

   • образование карстовом воронки диаметром 6 м, расположенной в любом месте под фундаментом;

   повреждение перекрытия общей площадью до 40 м2 ;

   разрушение двух пересекающихся стен на участке от их сопряжения (в том числе и от угла) до ближайшего проема или до следующего пересечения, но на длине не более 3 м;

   разрушение любого из простенков наружной стены или внутренней стены между двумя дверными проемами;

   появление в пределах одного этажа горизонтальной нагрузки на вертикальные элементы (на стержнях сосредоточенная сила 3,5 т, на стенах и диафрагмах 1 т/м2 ).

   Этот список косвенно указывает и на то, что небольшие строения, габариты которых сопоставимы с размерами «локальных» повреждений, не имеет смысла проверять на возможность прогрессирующего разрушения. Поэтому целесообразно установить некоторые критерии для отбора объектов анализа и здесь целесообразно иметь классификацию зданий и сооружений по таким признакам:

   объекты класса 1, при проектировании которых допускается не принимать во внимание возможность возникновения аварийных ситуаций;

   объекты класса 2, в которых все конструкции могут быть защищены от аварийных повреждений неконструктивными мерами охраны и поэтому их проверка на прогрессирующее разрушение является излишней;

   объекты класса 3, некоторые конструктивные элементы которых невозможно защитить от аварийных повреждений, что потребует проверки на прогрессирующее разрушение.

   Естественно, что эта классификация не может быть инвариантной по отношению к списку исходных событий, поэтому, скорее всего, она должна быть представлена в нормах проектирования зданий и сооружений определенного типа. Там же, возможно, следует указывать список исходных ситуаций, которые могут порождать процесс прогрессирующего разрушения.

   Можно предполагать, что вероятность совпадения исходного события, инициирующего цепочку отказов, с экстремальными значениями временных нагрузок пренебрежимо мала. В частности, это положение нашло свое отражение в так называемом «принципе единичного отказа», которым используется в Общих положениях обеспечения безопасности атомных

   станций (ОПБ-88/97), где декларируется, что можно ограничиться рассмотрением случаев только одного отказа технической системы или только одной ошибки персонала.

   Но из малой вероятности реализации исходного события следует, что проверке подлежит поведение конструкции, на которую действуют только постоянные нагрузки и длительная часть временных, и важно оценивать относительный уровень загруженности конструкции именно в таком состоянии. Так, в производственных зданиях усилия в колоннах, вызванные постоянными и длительными нагрузками, редко превышают 15-20%, основной вклад в загруженность определяется действием нагрузок от мостовых кранов. Поэтому вывод колонны из строя (например, вследствие террористического акта) может и не привести к обрушению всего здания, поскольку пространственные развязки способны нести двадцатипроцентную нагрузку. В офисных, жилых и общественных зданиях усилия от собственного веса несущих и ограждающих конструкций, а также от действия длительной части полезных нагрузок составляют 70-80% от уровня несущей способности, и здесь уже трудно ожидать сохранения здания при выходе из строя какой-нибудь ив основных колонн. Поэтому вызывают определенные сомнения слова из статьи «В годы войны отступающие войска фашистов, пытаясь уничтожить наш промышленный потенциал, подрывали колонну громадного цеха, и, оглядываясь назад с удивлением видели, что он не падает... Сейчас с экранов телевизоров нас убеждают в том, что если одна колонна упадет, то и все здание обязано упасть. Если это так, то такое здание должно стоять вдали от людей с часовым у ворот, который никого бы и него не впускал, кроме авторов проекта».

2. События 11 сентября 2001 года в здании Пентагона

Назначение здания Пентагона - офисное. Площадь этажа – 122 600 м2 . Общая площадь здания - 613000 м2 .

Здание пятиэтажное, имеет форму пятиугольника (см. рис. 87). Внутри здание разделено на корпуса, образующие пять концентрических колец, обозначенных А-Е начиная с внутреннего кольца. В верхних трёх этажах кольца здания разделены световыми пространствами. Между вторым и третьим кольцами устроен проезд, известный как АЕ- проезд.

Конструктивная система здания, включая покрытие, выполнена из монолитных железобетонных конструкций. Бетон - обычный тяжёлый.

Рисунок 87 Общий план здания Пентагона

Высота здания - 19,74 м. Высота 1-го этажа - 4,30 м. Ширина наружного кольца «Е» здания - 18‚288 м. Конструктивная схема - полный рамно-связевьпй каркас. Колонны 1-го этажа здания квадратные, сечением - 0‚53×0,53 м со спиральным армированием (рис. 89).

Перекрытия состоят из плит, ригелей и системы балок, опирающихся на колонны. Монолитные балочные перекрытия выполнены с использованием главных и второстепенных балок.

Рисунок 88 Поперечный разрез здания (для перевода фтов в метры умножать на 0,3048)

Балки и плиты имеют двойное армирование в приопорных сечениях и одинарное армирование в пролётных сечениях. Растянутая арматура пролётных и приопорных сечений соединена наклонными стержнями.

Большая часть колонн - квадратного сечения, как показано на рис. 5.12. Размеры в целом изменятся от 0‚53×0,53 м на первом этаже до 0‚35×0,35 на пятом этаже. Несущие колонны имеют спиральное армирование.

Длина колонн 1-го этажа - 4,3 м. Бетон тяжёлый на гранитном заполнителе. Диаметр стержней продольной рабочей арматуры - 20 мм.

Предел огнестойкости такого рода колонн составляет более 180 мин по потере несущей способности (> R180).

Плиты перекрытия здания Пентагона железобетонные, монолитные, высотой сечения 140 мм, имеют двойное армирование в приопорных сечениях и одинарное армирование в пролётных сечениях (рис. 90). Растянутая арматура пролетных и приопорных сечений соединена наклонными стержнями. Плиты расположены по балкам сечением 0,35×0,51 м и длиной 3 м.

Рисунок 89 Железобетонная колонна наружного кольца здания Пентагона

Рисунок 90 Конструкция плиты перекрытия здания Пентагона

Балки пролётом 3 или 6 м, иногда 4,6 м. Главная балка сечением 0,4×0.6 м перекрывает пролёт 6,1 м параллельно внешним стенам и служит опорой для второстепенной балки по середине.

Самолет рейса 77 компании American Airlines 11 сентября 2001 г. в 8:20 вылетел из аэропорта Вашингтона в Лос-Анджелес. На его борту находилось 58 пассажиров и четыре члена экипажа Приблизительно в 8:54 угонщики захватили самолет.

В 9:37 самолет рейса 77, двигающийся со скоростью 530 миль в час, столкнулся со зданием Пентагона. Погибли все находившиеся на борту самолета и большое количество гражданского и военного персонала Пентагона.

Согласно отчётам очевидцев и другой информации, Боинг-757 перед столкноввнисм со зданием Пентагона, летел на очень маленькой высоте. На расстоянии приблизительно 97 м от западного фасада здания Пентагона он летел лишь в нескольких футах от земли. Удар самолета пришёлся в первый этаж здания, под углом приблизительно 42° к внешнему фасаду здания (рис. 91).

Столкновение самолета с рассматриваемым зданием привело к возникновению и развитию ЧС в виде комбинированных особых воздействий типа «удар - взрыв - пожар».

Первое особое воздействие – удар самолёта – разрушило и повредило ряд конструктивных элементов 1-го этажа здания. Основной удар приняли на себя несущие элементы здания - железобетонные колонны.

Обломки самолета проникли внутрь здания (рис. 92). Из разрушенных баков самолета, размещенных в его крыльях, топливо было выброшено в зону удара внутри здания.

Это привело к возникновению второю особого воздействия на конструкции здания - взрыва смеси топлива с воздухом. Взрывом была разрушена и повреждена еще часть. конструктивных элементов здания.

Рисунок 92 Схема повреждений конструкций здания Пентагона на пути движения обломков самолета после его

Столкновения со зданием

После удара и взрыва внутри здания, в зоне поражения, возникает и развивается третье особое воздействие - пожар. Огонь охватывает часть помещений на пути движения обломков самолета.

Здание Пентагона в первые минуты CHE42 , несмотря на значительные повреждения конструкций в трех первых кольцах здания (рис. 92), в целом сохранило свою устойчивость.

Однако через 19 мин после начала комбинированного особого воздействия типа «удар - взрыв - пожар» произошло прогрессирующее обрушение наружного кольца здания Пентагона в зоне «СНЕ IEF43 » (рис. 94).

42 Комбинированное особое воздействие (CHE) – чрезвычайная ситуация, связанная с возникновением и развитием нескольких видов особых воздействий на объект в различных сочетаниях и последовательностях. В качестве аббревиатуры этого понятия используется английский вариант названия “combined hazardous effect” – CHE.

43 Основные особые воздействия техногенного характера на строительные объекты: удар(I ), взрыв(E ), пожар(F )

и т. д.

Рисунок 93 Вид фасада наружного кольца здания Пентагона в первые минуты после удара самолета и взрыва топлива

(прогрессирующего обрушения конструкций еще не произошло)

Рисунок 94 Прогрессирующее обрушение конструкций наружного кольца здания Пентагона во время событий 11 сентября 2001 г.

Таким образом, аналогично поведению башен ВТЦ в Нью- Йорке во время событий 11 сентября 2001 г.‚ несмотря на то что способность сопротивлялся воздействию пожара основных несущих конструкций здания Пентагона (предел огнестойкости по потере несущей способности) превышала 180 мин, прогрессирующее обрушение конструкций наружного кольца здания Пентагона 11 сентября 2001 г. произошло гораздо быстрее - через 19 мин после начала террористической атаки.